第1章 基础知识

1.1 机器语言

• 机器语言是机器指令的集合，机器指令就是一堆二进制数字
• 早期计算机就是执行机器指令，进行运算现在PC机种CPU（一种微处理器）会处理这些
• 每一种微处理器，硬件设计和内部结构的不同，需要不同电平脉冲来控制，所以都有自己的机器指令集（机器语言）

1.2 汇编语言的产生

• 汇编语言的主体是汇编指令，汇编指令是机器指令便于记忆的书写格式
• 寄存器简单来讲就是CPU种存储数据的器件，一个cpu可以有多个寄存器
• 程序员用汇编语言写出源程序，再通过汇编编译器编译为机器码，被机器执行

1.3 汇编语言的组成

由三类指令组成

1. 汇编指令（核心，决定了汇编语言特性）：机器的助记符，有对应机器码
2. 伪指令：没有对应机器码，由编译器执行，机器不执行
3. 其他符号：如+-/等，由编译器识别，无对应机器码

1.4 存储器

• 内存：指令和数据在存储器中存放，向cpu提供指令和数据
• 磁盘：磁盘上的数据、程序需要读到内存才能被cpu是哟

1.5 指令和数据

• 二者都是二进制信息，在存储上没有区别，cpu工作时会将有的信息当做指令，有的信息当做数据，为相同的信息赋予了不同的意义

1.6 存储单元

• 存储器被分为若干存储单元，每个存储单元从0开始顺序编号
• 微机存储器的容量是以字节为最小单位来计算的，它的存储单元可以存储一个Byte。

1.7 CPU对存储器的读写

CPU要进行数据的读写，必须和外部器件（标准说法是芯片)进行下面3类信息的交互

• 存储单元的地址（地址信息）

• 器件的选择，读或写的命令（控制信息）

• 读或写的信息（数据信息）

• 以上三种信息怎么从cpu传到存储器芯片中？电子计算机处理，传输的信息都是电信号，要通过导线来传递。计算机中有专门连接CPU和其他芯片的导线，通常称为总线。物理意义上就是很多导线的集合。

• 从传输信息的不同，总线从逻辑上分为3类：

1. 地址总线
2. 控制总线
3. 数据总线
   每个CPU芯片都用很多管脚，跟总线相连

1.8 地址总线

• N根地址线，可以对\(2^n\)个存储单元进行寻址，可以说这个cpu的地址总线的宽度为N

1.9 数据总线

• 数据总线的宽度决定了CPU跟外界的数据传送速度，比如8根数据总线一次可以传送一个8位二进制数据，即一个字节，16根数据总线则是2个字节。

1.10 控制总线

• 控制总线是一个总称，是一些不同控制线的集合，有多少种控制线，CPU对外部器件就有多少种控制，它的宽度决定了CPU对外部器件的控制能力。

1.11 内存地址空间（概述）

• CPU可寻址到的所有内存单元所组成的

1.12 主板

• 每个PC机上都有一个主板，主板上的器件通过总线相连，这些器件有CPU，存储器，外围芯片组，扩展插槽，插槽上一般插有RAM内存条和各类接口卡

1.13 接口卡

• 计算机系统中所有可用程序控制其工作的设备都必须受CPU控制。
• cpu对外部设备，如显示器，音响等不能直接控制，控制它们的是扩展插槽上的接口卡。
• 扩展插槽通过总线和CPU相连，所以接口卡通过总线和CPU相连,CPU控制接口卡，接口卡控制外设

1.14 各类存储器芯片

• 存储器芯片从读写属性上可分为两类:
  • 随机存储器(RAM)，可读可写，必须带电存储，关机后存储的内容消失
  • 只读存储器(ROM)，只读不写，关机后内容不会消失
• 从功能和连接上分:
  • 随机存储器：用于存放宫CPU使用的绝大部分程序和数据，主随机存储器一般由两个位置上的RAM组成，装在主板上的RAM和插在扩展插槽的RAM
  • 装有BIOS的ROM：BIOS是各类接口卡（显卡网卡等）厂商提供的软件系统，可以利用该硬件设备进行最基本的输入输出。在主板和某些接口卡上插有存储相应BIOS的ROM。
  • 接口卡上的RAM：某些接口卡需要对大批量输入输出数据进行暂时存储，在其上装有RAM，最典型的是显示卡上的RAM，称为显存。显示卡随时将显存中的数据向显示器上输出。我们需要将要显示的内容写入显存，就会出现在显示器上。

1.15 内存地址空间

• 上述那些存储器在物理上是独立的器件，但都与CPU的总线相连，CPU向它们发出读写命令时都通过控制线，也就是说CPU将它们当做内存来对党，把它们看作一个由若干存储单元构成的逻辑存储器，一般我们称之为内存地址空间。每个物理存储器都在这个逻辑存储器中占有一个地址段，即一段地址空间。
• 内存地址空间的大小受CPU地址总线宽度限制
• 在基于一个计算机硬件系统编程时，需要知道这个系统中内存地址空间的分配情况。当我们想在某类存储器中读写数据时，必须知道它的首尾单元地址，才能正确进行读写操作

第2章 寄存器

• cpu内各个器件用的是内部总线联系，cpu和主板上其他器件用外部总线联系
• 在cpu中:
  • 运算器进行信息处理
  • 寄存器进行信息存储
  • 控制器控制各种器件进行工作
  • 内部总线连接各种光器件，传送数据
• 寄存器是cpu中程序员可以用指令读写的部件，改变寄存器内容来实现对CPU的控制
• 8086cpu有14个寄存器

2.1 通用寄存器

• 8086的寄存器都是16位的，其中AX BX CX DX四个寄存器为通用寄存器。上一代8086cpu为8位，为了兼容，这4个寄存器可以分为2个8为寄存器独立使用。低8位用AL表示，高八位用AH表示

• 存放一般性数据的寄存器叫通用寄存器

2.2 字在寄存器中的村粗

• 8086cpu为了兼容性，一次可以处理两种尺寸的数据，分别是字节(存在8位寄存器)和字(存在16位寄存器)
• 字是word，由俩自己组成，分别称为高位字节和低位字节
• 一个内存单元可以存放8为数据，而cpu的寄存器又可以存放n个8位的数据，所以计算机中大部分数据是由8位数据组成的。十六进制数的一位相当于4位二进制数，用十六进制可以直观看出数据是由哪些8位数据构成

2.3 几条汇编指令

• 汇编指令或者寄存器的名称不区分大小写
• 在进行数据传送或运算时，要注意指令的两个操作对象的位数应该是一致的

2.4 物理地址

• 所有内存单元构成的存储空间是一个一维的线性空间。每个内存单元都在这个空间有唯一的地址，称之为物理地址
• CPU通过地址总线向存储器送入的必须是一个内存单元的物理地址。在送入前，内部必须先形成物理地址。不同cpu可以有不同的形成物理地址的方式。下面讨论8086CPU的方式

2.5 16位结构的CPU

• 16位结构，16位机，字长为16位都是一个意思，说明这个cpu具有以下几方面的结构特性:
  • 运算器一次最多处理16位数据
  • 寄存器的最大宽度为16位
  • 寄存器和运算器之间的通路为16位

8086cpu给出物理地址的方法

• 8086cpu有20位地址总线，可以传送20位地址，达到1mb的寻址能力。
• 但8086cpu又是16位结构，在内部一次性处理，传输，暂时存储的的地址为16位，如果只是将地址简单的发出，一次只能发16为的地址，表现出的寻址能力只有64KB。
• 8086cpu用在内部用两个16位地址合成的方法来形成一个20位的物理地址。
  • CPU的相关部件提供两个16位地址，一个叫段地址，一个叫偏移地址，通过内部总线送入地址加法器，合成一个20位的物理地址
  • 再通过内部总线送入输入输出控制电路，再送入地址总线，最后被送入存储器
  • 地址加法器的方法是
    物理地址=$ 段地址\times 16+偏移地址$ (十六进制说法，二进制说法是左移四位)

2.7 上述公式的本质含义

• 本质含义是CPU在访问内存时，用一个基础地址(段地址*16)和一个相对于基础地址的偏移地址相加，给出内存单元的物理地址。8086cpu的寻址功能是 基础地址+偏移地址=物理地址 这种寻址模式的一种实现方案

2.8 段的概念

• 内存没有分段，段的划分来自于CPU。由于8086cpu 物理地址=$ 段地址\times 16+偏移地址$ 的方式给出内存单元的物理地址，使得我们可以用分段的方式来管理内存
• 编程时可以根据需要，将若干地址连续的内存单元看做一个段，用段地址*16定位段的起始地址/基础地址，用偏移地址来定位段中的内存单元。
• 一个段的起始地址必定是16的倍数，偏移地址为16位，16位寻址能力为64KB，所有一个段的长度最大为64KB
• CPU可以用不同的段地址和偏移地址来形成同一个物理地址
• 段地址(SA),偏移地址(EA)
• 在8086pC机中，21F60H内存单元不应该这样说，要说成内存2000：1F60单元或内存的2000H段中的1F60H单元中
• 可以根据需要，将连续地址，起始地址为16的倍数的一组内存单元定位一个段

2.9 段寄存器

• 8086cpu有四个段寄存器:CS DS SS ES,当CPU要访问内存时，由这四个段寄存器提供内存单元的段地址

2.10 CS和IP

• 这俩是8086中最关键的寄存器，指示了cpu当前要读取指令的地址。CS为代码段寄存器，IP为指令指针寄存器。

• 假设CS的内容为M，IP的内容为N，则8086cpu将从M * 16+N(CS:IP)内存单元读取一条指令并执行

  • 从CS：IP指向的内存单元读取指令，读取的指令进入指令缓冲器
  • IP=IP+所读取指令的长度，从而指向下一条指令
  • 执行指令，回到第一步，重复这个过程

• 8086CPU刚开始工作时（复位/上电启动）时，CS和IP被设置为CS=FFFFH,IP=0000H。即在刚启动时，CPU就从FFF0H单元读取指令执行，这是CPU开机后所执行的第一条指令

• 指令和数据都是二进制信息，CPU怎么区分呢？CPU将CS:IP指向的内存单元中的内容看做指令，因为在任何时候，CPU将CS和IP中的内容当做指令的段地址和偏移地址，用它们合成指令的物理地址，到内存中读取指令码。换句话说，如果内存中一段信息被CPU执行过，则它所在的内存单元必然被CS:IP指向过